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第三章达标检测-2022版化学选择性必修2 鲁教版（2019） 同步练习 （Word含解析）
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这是一份第三章达标检测-2022版化学选择性必修2 鲁教版（2019） 同步练习 （Word含解析），共18页。
第3章 不同聚集状态的物质与性质
本章达标检测
(满分:100分;时间:90分钟)
一、选择题(本题共10小题,每小题2分,共20分,每小题只有一个选项符合题意)
1.(2021福建莆田二十五中高二下月考)关于晶体和化学键关系的下列说法中,正确的是 ( )
A.离子晶体中一定存在共价键
B.共价晶体中可能存在离子键
C.金属晶体中存在离子,但不存在离子键
D.分子晶体中一定存在共价键
2.(2021陕西咸阳高二月考)下列各组物质的晶体中,化学键类型相同,晶体类型也相同的是 ( )
A.SO2和SiO2 B.CO2和H2O
C.NaCl和HCl D.CCl4和KCl
3.下列晶体分类中正确的一组是 ( )
离子晶体
共价晶体
分子晶体
A
NaOH
Ar
SO2
B
H2SO4
石墨
S
C
CH3COONa
水晶
D
Ba(OH)2
金刚石
玻璃
4.(2021湖北黄梅国际育才高级中学高二上月考)下列物质的熔、沸点高低顺序中,正确的是 ( )
A.金刚石>晶体硅>二氧化硅>碳化硅
B.CI4>CBr4>CCl4>CH4
C.MgO>O2>N2>H2O
D.金刚石>生铁>纯铁>钠
5.(2021吉林松原高级中学高二下月考)钒(V)的某种氧化物的晶胞结构如图所示。该晶体的化学式为 ( )
A.VO3 B.VO2 C.V2O3 D.VO4
6.(2020山西省实验中学高二月考,)甲烷晶体的晶胞结构如图所示,下列说法正确的是 ( )
A.甲烷晶胞中的1个球只代表1个C原子
B.晶体中1个CH4分子周围有12个紧邻的CH4分子
C.甲烷晶体熔化时需克服共价键
D.1个CH4晶胞中含有8个CH4分子
7. (2021山东新泰一中高二下阶段检测)下列叙述中错误的是 ( )
A.由于氢键的存在,冰能浮在水面上;由于乙醇与水分子间有氢键的存在,水与乙醇能互溶
B.金刚石、NaF、NaCl、H2O、H2S晶体的熔点依次降低
C.H2O是一种非常稳定的化合物,这是由于存在氢键
D.CaTiO3晶胞如图所示,每个Ti4+和12个O2-相邻
8.(2021江苏响水中学高二学情分析)高压下可将CO2转化为具有类似SiO2结构的共价晶体。下列关于CO2共价晶体的说法正确的是 ( )
A.CO2的共价晶体和分子晶体互为同素异形体
B.在一定条件下,CO2共价晶体转化为分子晶体是物理变化
C.CO2的共价晶体和CO2分子晶体具有相同的物理性质
D.在CO2的共价晶体中,每一个碳原子周围结合四个氧原子,每一个氧原子周围结合两个碳原子
9.组成晶体的质点(分子、原子、离子)以确定的位置在空间有规则地排列,形成具有一定几何形状的空间格子,称为晶格;晶格中能代表晶体结构特征的最小重复单元称为晶胞。在冰晶石(Na3AlF6)晶胞中,AlF63-占据的位置相当于NaCl晶胞中Cl-占据的位置,则冰晶石晶胞中含有的原子数与NaCl晶胞中含有的原子数之比为 ( )
A.2∶1 B.3∶2 C.5∶2 D.5∶1
10.(2020黑龙江哈尔滨三中高二上期末)设NA为阿伏加德罗常数的值,下列说法正确的是 ( 易错 )
A.124 g白磷(P4)含有的P—P键的个数为6NA
B.12 g石墨中含有的C—C键的个数为2NA
C.12 g金刚石中含有的C—C键的个数为1.5NA
D.60 g SiO2中含Si—O键的个数为2NA
二、选择题(本题共5小题,每小题4分,共20分。每小题有一个或两个选项符合题意,全部选对得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)11.(2021江苏响水中学高二学情分析)下列关于晶体的说法中,不正确的是 ( )
①晶体中原子呈周期性有序排列,有自范性;而非晶体中原子排列相对无序,无自范性
②含有金属阳离子的晶体一定是离子晶体
③共价键可决定分子晶体的熔、沸点
④MgO的晶格能远比NaCl大,这是因为前者离子所带的电荷数多,离子半径小
⑤晶胞是晶体结构的基本单元,晶体内部的微粒按一定规律作周期性重复排列
⑥晶体尽可能采取紧密堆积方式,以使其变得比较稳定
⑦干冰晶体中,一个CO2分子周围有12个CO2分子紧邻;CsCl和NaCl晶体中阴、阳离子的配位数都为6
A.①②③ B.②③④ C.④⑤⑥ D.②③⑦
12.(2021山东临沂一中高二上期末)高温下,超氧化钾晶体(KO2)呈立方体结构。如图为超氧化钾晶体的一个晶胞。下列有关说法正确的是 ( )
A.晶体中与每个K+距离最近的O2-有6个
B.超氧化钾的化学式为KO2,每个晶胞含有1个K+和1个O2-
C.KO2中阴、阳离子个数比为1∶1
D.晶体中所有原子之间都以离子键结合
13.元素X的某价态离子Xn+中所有电子正好充满K、L、M三个能层,它与N3-形成的晶体晶胞结构如图所示。下列说法错误的是 ( )
A.X元素的原子序数是19
B.该晶体中阳离子与阴离子个数比为3∶2
C.Xn+中n=1
D.晶体中每个Xn+周围有2个等距离且最近的N3-
14.(2021山东新泰一中高二下阶段检测)钙钛矿最初单指钛酸钙这种矿物如图(a),此后,把结构与之类似的晶体(化学式与钛酸钙相同)统称为钙钛矿物质。某钙钛矿型太阳能光伏电池的有机半导材料的结构如图(b)所示,其中A为CH3NH3+,另两种离子为I-和Pb2+。
下列说法错误的是 ( )
A.钛酸钙的化学式为CaTiO3
B.图(b)中,X为Pb2+
C.CH3NH3+中含有配位健
D.晶胞中与每个Ca2+紧邻的O2-有6个
15.(2021辽宁锦州高三上期末大联考)Mg2Si具有反萤石结构,晶胞结构如图所示,其晶胞参数为0.635 nm。下列叙述错误的是 ( )
A.Si的配位数为8
B.紧邻的两个Mg原子的距离为0.6352 nm
C.紧邻的两个Si原子间的距离为2×0.6352 nm
D.Mg2Si的密度计算式为76NA(0.635×10-7)3 g·cm-3(NA为阿伏加德罗常数的值)
三、非选择题(本题共5小题,共60分)
16.(13分)(1)在①CO2、②NaCl、③Na、④Si、⑤CS2、⑥金刚石、⑦(NH4)2SO4、⑧乙醇中,由极性键形成的非极性分子有 (填序号,下同),含有金属离子的物质是 ,分子间可形成氢键的物质是 ,属于离子晶体的是 ,
属于共价晶体的是 ,①~⑤五种物质的熔点由高到低的顺序是 。
(2)下图中A~D是中学化学教科书上常见的几种晶体结构模型,请填写相应物质的名称(只写一种即可):
A ;B ;C ;D 。
(3)化合物FeCl3是棕色固体、易潮解、100 ℃左右时升华,它的晶体类型是 。
(4)某物质结构如图所示(K+未画出),平均每两个立方体中含有一个K+,该晶体的化学式为 。又知该晶体中铁元素有+2价和+3价两种,则Fe3+与Fe2+的个数比为 。
17.(12分)微量元素硼对植物生长及人体健康有着十分重要的作用,也广泛用于新型材料的制备。
(1)基态硼原子的价电子排布图是 。与硼处于同周期且相邻的两种元素和硼的第一电离能由大到小的顺序为 。
(2)晶体硼单质的基本结构单元为正二十面体,其能自发地呈现多面体外形,这种性质称为晶体的 。
(3)B的简单氢化物BH3不能稳定存在,常倾向于形成较稳定的B2H6或与其他分子结合。
①B2H6分子结构如图,则B原子的杂化方式为 。
②氨硼烷(NH3BH3)被认为是最具潜力的新型储氢材料之一,分子中存在配位键,提供孤电子对的成键原子是 。
(4)以硼酸(H3BO3)为原料可制得硼氢化钠(NaBH4),它是有机合成中的重要还原剂。BH4-的键角是 ,空间结构为 。
(5)磷化硼(BP)是受高度关注的耐磨材料,可作为金属表面的保护层,其结构与金刚石类似,晶胞结构如图所示。磷化硼晶胞沿z轴在平面的投影图中,B原子构成的几何形状是 ;已知晶胞棱长为458 pm,则磷化硼晶体的密度是 (列式并计算,结果保留两位有效数字,已知4.583≈96.07)。
18.(10分)如图为CaF2、H3BO3(层状结构,层内的H3BO3分子通过氢键结合)、金属铜三种晶体的结构示意图(或堆积模型),请回答下列问题:
图Ⅰ CaF2晶胞
图Ⅱ H3BO3层状结构
图Ⅲ 铜晶体中铜原子堆积模型
(1)图Ⅰ所示的CaF2晶体中与Ca2+最近且等距离的F-数为 ,图Ⅲ中未标号的铜原子形成晶体后周围最紧邻的铜原子数为 。
(2)三种晶体中熔点最低的是 ,该晶体受热熔化时,克服的微粒之间的相互作用为 。
(3)结合CaF2晶体的晶胞示意图,已知两个距离最近的Ca2+核间距离为a×10-8 cm,计算CaF2晶体的密度: g·cm-3(精确到小数点后一位)。
19.(13分)(1)金刚砂(SiC)的硬度为9.5,其晶胞结构如图甲所示,则金刚砂晶体类型为 ;在SiC中,每个C原子周围最近的C原子数目为 ;若晶胞的边长为a pm,则金刚砂的密度表达式为 。
(2)硅的某种单质的晶胞如图乙所示。GaN晶体晶胞结构与该硅晶体相似。则GaN晶体中,每个Ga原子与 个N原子相连,与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间结构为 。若该硅晶体的密度为ρ g·cm-3,阿伏加德罗常数的值为NA,则晶体中最近的两个硅原子之间的距离为 cm(用代数式表示)。
(3)一种Al-Fe合金的晶胞结构如图:
①该合金的化学式为 。
②若晶体的密度为ρ g·cm-3,则该晶胞棱长为 cm(设NA为阿伏加德罗常数的值,用含ρ和NA的代数式表示,不必化简)。
(4)①金属镍的原子堆积方式如图1所示,则金属镍的晶胞俯视图为 (填字母)。
图1
图2
②某砷镍合金的晶胞如图2所示,设阿伏加德罗常数的值为NA,该晶体的密度ρ= g·cm-3。
20.(12分)(2021河北石家庄二中高三下学情检测)利用配合物诱导免疫原性细胞死亡是一种很有前景的癌症免疫治疗策略。近日,中山大学科研团队报道了一例基于铱(Ⅲ)配合物的非小细胞肺癌ICD诱导剂(Ir1),可诱发癌细胞的死亡。回答下列问题:.
(1)铱(Ir)在周期表中的位置为第六周期第九列,其在周期表中位于 族:按电子排布,周期表中的元素划分为5个区,Ir位于 区。
(2)Ir的化合物中常见价态有+3和+4价,其中 价更稳定,原因是 。
(3)IrCl4为有机合成中常用的催化剂,该物质熔点为350 ℃,在熔化时难以发生电离,该固体的晶体类型是 。
(4)非小细胞肺癌ICD诱导剂(Ir1)为带有一个单位正电荷的阳离子,其结构如图所示。该离子中N的杂化方式为 ,1 mol该离子中N原子形成的配位键有 mol。
本章达标检测
1.C 离子晶体中不一定存在共价键,如NaCl晶体中只有离子键,故A错误;共价晶体中只有共价键,故B错误;金属晶体由金属阳离子和自由电子构成,金属晶体中存在离子,但不存在离子键,故C正确;稀有气体为单原子分子,其组成的分子晶体中没有共价键,故D错误。
2.B SO2是分子晶体,SiO2是共价晶体,A不符合题意;CO2和H2O均是分子晶体,均含极性共价键,B符合题意;NaCl是离子晶体,HCl是分子晶体,C不符合题意;CCl4是分子晶体,KCl是离子晶体,D不符合题意。
3.C NaOH属于离子晶体,Ar属于分子晶体,SO2属于分子晶体,故A错误;H2SO4属于分子晶体,石墨属于混合型晶体,S属于分子晶体,故B错误;CH3COONa属于离子晶体,水晶(SiO2)属于共价晶体,属于分子晶体,故C正确;Ba(OH)2属于离子晶体,金刚石属于共价晶体,玻璃属于非晶体,故D错误。
4.B A项涉及物质均为共价晶体,一般来说共价键的键长越短,熔、沸点越高,则熔点:金刚石>二氧化硅>碳化硅>晶体硅,故错误;B项涉及物质均为分子晶体,且不存在氢键,相对分子质量越大,溶、沸点越高,则熔、沸点为CI4>CBr4>CCl4>CH4,故B正确;MgO为离子晶体,其他为分子晶体,分子晶体中相对分子质量越大,沸点越高,但水中含分子间氢键,则熔、沸点:MgO>H2O>O2>N2,故C错误;金刚石为共价晶体,合金的熔点比成分金属的熔点低,则熔、沸点:金刚石>纯铁>生铁>钠,故D错误。
5.B 由晶胞图可知,V位于晶胞顶点和体心,V的个数为1+8×18=2,有4个O位于晶胞面上,2个O位于晶胞内部,则O的个数为4×12+2=4,则该晶体的化学式为VO2,故B正确。
6.B 晶胞中的1个球代表的是1个甲烷分子,并不是1个碳原子,故A错误;与1个甲烷分子紧邻的甲烷分子有3×8×12=12个,故B正确;甲烷是分子晶体,熔化时需克服范德华力,故C错误;甲烷晶胞属于面心立方晶胞,甲烷晶胞中的1个球代表1个甲烷分子,该晶胞含有甲烷分子的个数为8×18+6×12=4,故D错误。
7.C 冰中分子排列有序,含有氢键数目较多,使体积膨胀,密度较小,所以冰能浮在水面上,由于乙醇与水分子间有氢键的存在,水与乙醇能互溶,故A正确;金刚石属于共价晶体,在题给物质中熔点最高,NaF、NaCl属于离子晶体,氟离子半径小于氯离子半径,故NaF的晶格能大于NaCl,则NaF的熔点更高,H2O、H2S都属于分子晶体,水分子之间存在氢键,熔点较高,金刚石、NaF、NaCl、H2O、H2S晶体的熔点依次降低,故B正确;H2O的稳定性与氢键无关,故C错误;CaTiO3晶体中,以顶点 Ti4+研究,与之最近的O2-位于面心上,与Ti4+相邻的O2-的个数为3×8×12=12,故D正确。
8.D 同素异形体是同种元素形成的不同单质,CO2是化合物,故A错误; CO2共价晶体转化为分子晶体,是化学变化,故B错误; CO2的共价晶体和CO2分子晶体的物理性质不同,故C错误; CO2共价晶体具有类似SiO2的结构,因此每一个碳原子周围结合四个氧原子,每一个氧原子周围结合两个碳原子,故D正确。
9.D 根据已知条件,AlF63-占据的位置相当于NaCl晶胞中Cl-占据的位置,则在冰晶石晶胞中,AlF63-的个数为8×18+6×12=4,由冰晶石的化学式可知Na+的个数为AlF63-的3倍,即12,所以冰晶石晶胞中含有Na+12个、Cl-4个、氟原子24个,所含原子总数为40个;NaCl晶胞中含有的Na+为4个,Cl-为4个,所含原子总数为8个,它们的原子个数比为40∶8=5∶1。
10.A 124 g白磷的物质的量为1 mol,一个白磷分子中含有6个P—P键,所以124 g白磷含有的P—P键的个数为6NA,A正确;12 g石墨中含有碳原子的个数为NA,石墨中每个碳原子平均形成32个C—C键,所以12 g石墨中含有的C—C键个数是1.5NA,B错误;12 g金刚石中含有碳原子的个数为NA,金刚石中平均每个碳原子可以形成2个C—C键,所以12 g金刚石中含有的C—C键个数是2NA,C错误;60 g二氧化硅中含有的硅原子个数为NA,每个硅原子与四个氧原子结合形成4个Si—O键,所以60 g二氧化硅中含有的Si—O键的个数为4NA,D错误。
易错辨析
在解题时明确物质的结构,每个白磷分子都是由4个磷原子通过共价键形成的正四面体,1 mol白磷中含有6 mol共价键;石墨是层状结构,每个碳原子与邻近的三个碳原子以共价键相结合,形成六边形平面网状结构;金刚石晶体中,每个碳原子与它紧邻的4个碳原子以共价键相结合,构成一个正四面体结构单元;二氧化硅晶体中每个Si与4个O以共价键结合,形成正四面体结构。11.D 晶体中原子呈周期性有序排列,有自范性,而非晶体中原子排列相对无序,无自范性,故①正确;含有金属阳离子的晶体不一定是离子晶体,可能是金属晶体,故②错误;分子间作用力决定分子晶体的熔、沸点,共价键决定稳定性,故③错误;MgO的晶格能远比NaCl大,这是因为前者离子所带的电荷数多,离子半径小,故④正确;晶胞是晶体结构的基本单元,晶体内部的微粒按一定规律作周期性重复排列,故⑤正确;晶体尽可能采取紧密堆积方式,以使其变得比较稳定,故⑥正确;干冰晶体中,一个CO2分子周围有12个CO2分子紧邻;CsCl晶体中阴、阳离子的配位数都为8,NaCl晶体中阴、阳离子的配位数都为6,故⑦错误;故选D。
12.AC 根据题给信息,超氧化钾晶胞是面心立方晶胞,晶胞中与每个K+距离最近的O2-有6个,故A正确;由晶胞结构可知,位于顶点和面心的钾离子的个数为8×18+6×12=4,位于体心和棱上的超氧根离子的个数为1+12×14=4,故B错误;由晶胞结构可知,位于顶点和面心的钾离子的个数为8×18+6×12=4,位于体心和棱上的超氧根离子的个数为1+14=4,则KO2中钾离子和超氧根离子个数比为4∶4=1∶1,故C正确;超氧化钾晶体是离子化合物,阴、阳离子分别为钾离子和超氧根离子,晶体中钾离子和超氧根离子间形成离子键,超氧根离子中氧氧键为非极性键,故D错误。
13.AB 从“元素X的某价态离子Xn+中所有电子正好充满K、L、M三个能层”可知,Xn+共有28个电子,A项错误;图中Xn+位于每条棱的中点,一个晶胞拥有的Xn+个数为12×14=3,N3-位于顶点,一个晶胞拥有N3-的个数为8×18=1,阳离子与阴离子个数比为3∶1,B项错误;该物质的化学式为X3N,C项正确;Xn+的配位数为2,D项正确。
14.BD 由图(a)可知,钛酸钙的晶胞中Ca2+位于8个顶点、O2-位于6个面心、Ti4+位于体心,根据均摊法可以确定Ca2+、O2-、Ti4+的数目分别为1、3、1,其化学式为CaTiO3,A说法正确;由图(b)可知,A、B、X分别位于晶胞的顶点、体心、面心,根据均摊法可以确定其中有1个A、1个B和3个X,根据晶体呈电中性可以确定,CH3NH3+和Pb2+均为1个,有3个I-,故X为I-,B说法错误;类比NH4+的成键情况可知,CH3NH3+中含有配位健,C说法正确;图(a)的晶胞中,Ca2+位于顶点,与邻近的3个面的面心上的O2-紧邻,每个顶点参与形成8个晶胞,每个面参与形成2个晶胞,因此,与每个Ca2+紧邻的O2-有3×8÷2=12个,D说法错误。
15.D 大球表示镁原子,小球表示硅原子,该晶胞中大球表示的原子数为8,小球表示的原子数为8×18+6×12=4。一个硅原子周围距离最近且相等的镁原子有8个,硅原子的配位数为8,A项正确;紧邻的两个镁原子的距离是晶胞参数的一半,该距离为0.6352 nm,B项正确;紧邻的两个硅原子间的距离是面对角线的一半,该距离为2×0.6352 nm,C项正确;该晶体的密度为4×76(0.635×10-7)3NA g·cm-3,D项错误。
16.答案 (1)①⑤ ②③ ⑧ ②⑦ ④⑥ ④>②>③>⑤>①
(2)氯化铯 氯化钠 二氧化硅 金刚石(或晶体硅)
(3)分子晶体 (4)KFe2(CN)6 1∶1
解析 (1)CO2、CS2中只含有极性键,分子都是直线形分子,正、负电荷重心重合,属于非极性分子;NaCl由钠离子和氯离子构成,Na是由钠离子和“自由电子”构成,都含有金属离子;乙醇分子间能形成氢键;NaCl、(NH4)2SO4都是由阴、阳离子构成的离子晶体;Si、金刚石都是由原子构成的共价晶体;晶体的熔点(一般):共价晶体>离子晶体>金属晶体>分子晶体,Si为共价晶体,CO2和CS2都是分子晶体,对于不能形成分子间氢键的分子晶体,相对分子质量越大熔点越高,熔点由高到低的顺序为④>②>③>⑤>①。
(2)氯化铯晶体中每个Cs+周围与它最近且距离相等的Cs+共有6个,每个Cs+周围与它最近且距离相等的Cl-共有8个,所以A可以是氯化铯的晶胞;氯化钠晶体中距Na+最近的Cl-有6个,B可以是氯化钠的晶胞;根据C的结构可知,C可以是二氧化硅晶体;根据D的结构可知,该晶体是由相同原子之间通过共价键形成的空间网状结构,所以D可以是金刚石或晶体硅。
(3)化合物FeCl3是棕色固体、易潮解、100 ℃左右时升华,它的晶体类型是分子晶体。
(4)每两个立方体中含有一个钾离子,所以一个晶胞中钾离子个数为1÷2=0.5,该立方体中铁原子个数为8×18=1,CN-位于棱上,该立方体中CN-个数为12×14=3,所以平均化学式是K0.5Fe(CN)3,该晶体的化学式为KFe2(CN)6,Fe平均化合价为2.5,所以亚铁离子与铁离子个数之比是1∶1。
17.答案 (1) C>Be>B
(2)自范性
(3)① sp3杂化 ②N
(4)109°28' 正四面体形
(5)正方形 4×(11+31)g·mol-1(458×10-10cm)3×6.02×1023mol-1≈2.9 g·cm-3
解析 (1)硼为5号元素,其基态原子核外电子排布式为1s22s22p1,价电子排布图为 。与硼处于同周期且相邻的两种元素为Be和C,同周期元素从左到右,第一电离能呈增大趋势,但Be的2s轨道处于全充满状态,比较稳定,所以第一电离能大小顺序为B
解析 (1)由图Ⅰ可知F-的配位数为4,晶胞中Ca2+、F-数目之比为1∶2,则与Ca2+最近且等距离的F-的个数为4×2=8;图Ⅲ中未标号的铜原子与所在密置层的4、5、6、7、8、9紧密相邻,与上一密置层的1、2、3紧密相邻,与下一密置层的10、11、12紧密相邻,所以未标号的铜原子形成晶体后周围最紧邻的铜原子数为12。
(2)CaF2属于离子晶体,Cu属于金属晶体,H3BO3属于分子晶体,三种晶体中熔点最低的是H3BO3,H3BO3分子之间存在氢键、范德华力,H3BO3晶体受热熔化时,需要克服氢键、范德华力。
(3)处于面对角线上的相邻Ca2+核间距最近,两个距离最近的Ca2+核间距离为a×10-8 cm,则晶胞棱长=2×a×10-8 cm。晶胞顶点及六个面上的离子为Ca2+,晶胞内部的离子为F-,一个晶胞中实际拥有的离子数:Ca2+为8×18+6×12=4,F-为8,则CaF2晶体的密度为4×786.02×1023g(2×a×10-8cm)3=183.2a3 g·cm-3。
19.答案 (1)共价晶体 12 4×40g·mol-1(a×10-10cm)3×6.02×1023mol-1
(2)4 正四面体 34×3224ρ·NA
(3)①AlFe2或Fe2Al ②3139×4NAρ
(4)①C ②5.36×10323a2cNA
解析 (1)金刚砂(SiC)的硬度为9.5,硬度大,属于共价晶体;每个碳原子连接4个硅原子,每个硅原子连接4个碳原子,由晶胞结构可得每个碳原子周围最近的碳原子数目为12;该晶胞中C原子个数为8×18+6×12=4,Si原子个数为4,晶胞边长为a×10-10 cm,体积V=(a×10-10 cm)3,ρ=mV=4×40g·mol-1(a×10-10cm)3×6.02×1023mol-1。
(2)根据物质的晶体结构可知,在GaN晶体中,每个Ga原子与4个N原子相连,与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间结构为正四面体。在晶体Si的晶胞中含有Si原子的数目是8×18+6×12+4=8,则1个晶胞的体积为28×8NAρ cm3=224ρ·NA cm3,晶胞的边长为3224ρ·NA cm,在晶胞中两个最近的Si原子之间的距离为晶胞体对角线长的14,即34×3224ρ·NA cm。
(3)①由晶胞图示可知,晶胞中含有4个Al原子,且都位于晶胞内部,则每个晶胞含有4个Al原子,晶胞中Fe原子位于顶点的有8个,位于面心的有6个,位于棱心的有12个,位于体心的有1个,每个晶胞含有Fe原子的数目为8×18+6×12+12×14+1=8,Fe与Al原子数目之比为8∶4=2∶1,故该合金的化学式为AlFe2或Fe2Al。②每个晶胞中含有8个Fe原子和4个Al原子,每个晶胞的质量为139×4NA g,晶胞棱长为3139×4NAρ cm。
(4)①根据图1,由金属Ni的堆积方式可知金属镍的晶胞俯视图为C。②由晶胞结构可知,每个晶胞中含有的Ni原子数目=4×112+4×16+2×16+2×13=2,含有2个As原子,1个晶胞的质量为2×59+75NA g,1个晶胞的体积为a×10-10 cm×a×10-10 cm×sin 60°×c×10-10 cm=3a2c2×10-30 cm3,所以晶体的密度ρ=2×59+75NAg3a2c2×10-30cm3=5.36×10323a2cNA g·cm-3。
20.答案 (1)Ⅷ d (2)+4 基态Ir失去4个电子后,5d能级为半满结构,为稳定状态 (3)分子晶体 (4)sp2、sp3 4
解析 (1)铱(Ir)在周期表中的位置为第六周期第九列,Ir位于Ⅷ族,属于d区。
(2)Ir的化合物中常见价态有+3和+4价,其中+4价更稳定,是因为其失去4个电子形成+4价化合物时,价层电子排布为5d5 ,处于d轨道的半充满的稳定状态,因此处于+4价更稳定。
(3)IrCl4为有机合成中常用的催化剂,该物质的熔点为350 ℃,在熔化时难以发生电离,说明IrCl4固体的晶体类型为分子晶体。
(4)通过结构图可知,吡啶环上的N原子采用sp2杂化,其他N原子采用sp3杂化;在该离子中,4个吡啶环上的N原子与Ir原子之间以配位键结合,因此1 mol该离子中N原子形成的配位键有4 mol。
第3章 不同聚集状态的物质与性质
本章达标检测
(满分:100分;时间:90分钟)
一、选择题(本题共10小题,每小题2分,共20分,每小题只有一个选项符合题意)
1.(2021福建莆田二十五中高二下月考)关于晶体和化学键关系的下列说法中,正确的是 ( )
A.离子晶体中一定存在共价键
B.共价晶体中可能存在离子键
C.金属晶体中存在离子,但不存在离子键
D.分子晶体中一定存在共价键
2.(2021陕西咸阳高二月考)下列各组物质的晶体中,化学键类型相同,晶体类型也相同的是 ( )
A.SO2和SiO2 B.CO2和H2O
C.NaCl和HCl D.CCl4和KCl
3.下列晶体分类中正确的一组是 ( )
离子晶体
共价晶体
分子晶体
A
NaOH
Ar
SO2
B
H2SO4
石墨
S
C
CH3COONa
水晶
D
Ba(OH)2
金刚石
玻璃
4.(2021湖北黄梅国际育才高级中学高二上月考)下列物质的熔、沸点高低顺序中,正确的是 ( )
A.金刚石>晶体硅>二氧化硅>碳化硅
B.CI4>CBr4>CCl4>CH4
C.MgO>O2>N2>H2O
D.金刚石>生铁>纯铁>钠
5.(2021吉林松原高级中学高二下月考)钒(V)的某种氧化物的晶胞结构如图所示。该晶体的化学式为 ( )
A.VO3 B.VO2 C.V2O3 D.VO4
6.(2020山西省实验中学高二月考,)甲烷晶体的晶胞结构如图所示,下列说法正确的是 ( )
A.甲烷晶胞中的1个球只代表1个C原子
B.晶体中1个CH4分子周围有12个紧邻的CH4分子
C.甲烷晶体熔化时需克服共价键
D.1个CH4晶胞中含有8个CH4分子
7. (2021山东新泰一中高二下阶段检测)下列叙述中错误的是 ( )
A.由于氢键的存在,冰能浮在水面上;由于乙醇与水分子间有氢键的存在,水与乙醇能互溶
B.金刚石、NaF、NaCl、H2O、H2S晶体的熔点依次降低
C.H2O是一种非常稳定的化合物,这是由于存在氢键
D.CaTiO3晶胞如图所示,每个Ti4+和12个O2-相邻
8.(2021江苏响水中学高二学情分析)高压下可将CO2转化为具有类似SiO2结构的共价晶体。下列关于CO2共价晶体的说法正确的是 ( )
A.CO2的共价晶体和分子晶体互为同素异形体
B.在一定条件下,CO2共价晶体转化为分子晶体是物理变化
C.CO2的共价晶体和CO2分子晶体具有相同的物理性质
D.在CO2的共价晶体中,每一个碳原子周围结合四个氧原子,每一个氧原子周围结合两个碳原子
9.组成晶体的质点(分子、原子、离子)以确定的位置在空间有规则地排列,形成具有一定几何形状的空间格子,称为晶格;晶格中能代表晶体结构特征的最小重复单元称为晶胞。在冰晶石(Na3AlF6)晶胞中,AlF63-占据的位置相当于NaCl晶胞中Cl-占据的位置,则冰晶石晶胞中含有的原子数与NaCl晶胞中含有的原子数之比为 ( )
A.2∶1 B.3∶2 C.5∶2 D.5∶1
10.(2020黑龙江哈尔滨三中高二上期末)设NA为阿伏加德罗常数的值,下列说法正确的是 ( 易错 )
A.124 g白磷(P4)含有的P—P键的个数为6NA
B.12 g石墨中含有的C—C键的个数为2NA
C.12 g金刚石中含有的C—C键的个数为1.5NA
D.60 g SiO2中含Si—O键的个数为2NA
二、选择题(本题共5小题,每小题4分,共20分。每小题有一个或两个选项符合题意,全部选对得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)11.(2021江苏响水中学高二学情分析)下列关于晶体的说法中,不正确的是 ( )
①晶体中原子呈周期性有序排列,有自范性;而非晶体中原子排列相对无序,无自范性
②含有金属阳离子的晶体一定是离子晶体
③共价键可决定分子晶体的熔、沸点
④MgO的晶格能远比NaCl大,这是因为前者离子所带的电荷数多,离子半径小
⑤晶胞是晶体结构的基本单元,晶体内部的微粒按一定规律作周期性重复排列
⑥晶体尽可能采取紧密堆积方式,以使其变得比较稳定
⑦干冰晶体中,一个CO2分子周围有12个CO2分子紧邻;CsCl和NaCl晶体中阴、阳离子的配位数都为6
A.①②③ B.②③④ C.④⑤⑥ D.②③⑦
12.(2021山东临沂一中高二上期末)高温下,超氧化钾晶体(KO2)呈立方体结构。如图为超氧化钾晶体的一个晶胞。下列有关说法正确的是 ( )
A.晶体中与每个K+距离最近的O2-有6个
B.超氧化钾的化学式为KO2,每个晶胞含有1个K+和1个O2-
C.KO2中阴、阳离子个数比为1∶1
D.晶体中所有原子之间都以离子键结合
13.元素X的某价态离子Xn+中所有电子正好充满K、L、M三个能层,它与N3-形成的晶体晶胞结构如图所示。下列说法错误的是 ( )
A.X元素的原子序数是19
B.该晶体中阳离子与阴离子个数比为3∶2
C.Xn+中n=1
D.晶体中每个Xn+周围有2个等距离且最近的N3-
14.(2021山东新泰一中高二下阶段检测)钙钛矿最初单指钛酸钙这种矿物如图(a),此后,把结构与之类似的晶体(化学式与钛酸钙相同)统称为钙钛矿物质。某钙钛矿型太阳能光伏电池的有机半导材料的结构如图(b)所示,其中A为CH3NH3+,另两种离子为I-和Pb2+。
下列说法错误的是 ( )
A.钛酸钙的化学式为CaTiO3
B.图(b)中,X为Pb2+
C.CH3NH3+中含有配位健
D.晶胞中与每个Ca2+紧邻的O2-有6个
15.(2021辽宁锦州高三上期末大联考)Mg2Si具有反萤石结构,晶胞结构如图所示,其晶胞参数为0.635 nm。下列叙述错误的是 ( )
A.Si的配位数为8
B.紧邻的两个Mg原子的距离为0.6352 nm
C.紧邻的两个Si原子间的距离为2×0.6352 nm
D.Mg2Si的密度计算式为76NA(0.635×10-7)3 g·cm-3(NA为阿伏加德罗常数的值)
三、非选择题(本题共5小题,共60分)
16.(13分)(1)在①CO2、②NaCl、③Na、④Si、⑤CS2、⑥金刚石、⑦(NH4)2SO4、⑧乙醇中,由极性键形成的非极性分子有 (填序号,下同),含有金属离子的物质是 ,分子间可形成氢键的物质是 ,属于离子晶体的是 ,
属于共价晶体的是 ,①~⑤五种物质的熔点由高到低的顺序是 。
(2)下图中A~D是中学化学教科书上常见的几种晶体结构模型,请填写相应物质的名称(只写一种即可):
A ;B ;C ;D 。
(3)化合物FeCl3是棕色固体、易潮解、100 ℃左右时升华,它的晶体类型是 。
(4)某物质结构如图所示(K+未画出),平均每两个立方体中含有一个K+,该晶体的化学式为 。又知该晶体中铁元素有+2价和+3价两种,则Fe3+与Fe2+的个数比为 。
17.(12分)微量元素硼对植物生长及人体健康有着十分重要的作用,也广泛用于新型材料的制备。
(1)基态硼原子的价电子排布图是 。与硼处于同周期且相邻的两种元素和硼的第一电离能由大到小的顺序为 。
(2)晶体硼单质的基本结构单元为正二十面体,其能自发地呈现多面体外形,这种性质称为晶体的 。
(3)B的简单氢化物BH3不能稳定存在,常倾向于形成较稳定的B2H6或与其他分子结合。
①B2H6分子结构如图,则B原子的杂化方式为 。
②氨硼烷(NH3BH3)被认为是最具潜力的新型储氢材料之一,分子中存在配位键,提供孤电子对的成键原子是 。
(4)以硼酸(H3BO3)为原料可制得硼氢化钠(NaBH4),它是有机合成中的重要还原剂。BH4-的键角是 ,空间结构为 。
(5)磷化硼(BP)是受高度关注的耐磨材料,可作为金属表面的保护层,其结构与金刚石类似,晶胞结构如图所示。磷化硼晶胞沿z轴在平面的投影图中,B原子构成的几何形状是 ;已知晶胞棱长为458 pm,则磷化硼晶体的密度是 (列式并计算,结果保留两位有效数字,已知4.583≈96.07)。
18.(10分)如图为CaF2、H3BO3(层状结构,层内的H3BO3分子通过氢键结合)、金属铜三种晶体的结构示意图(或堆积模型),请回答下列问题:
图Ⅰ CaF2晶胞
图Ⅱ H3BO3层状结构
图Ⅲ 铜晶体中铜原子堆积模型
(1)图Ⅰ所示的CaF2晶体中与Ca2+最近且等距离的F-数为 ,图Ⅲ中未标号的铜原子形成晶体后周围最紧邻的铜原子数为 。
(2)三种晶体中熔点最低的是 ,该晶体受热熔化时,克服的微粒之间的相互作用为 。
(3)结合CaF2晶体的晶胞示意图,已知两个距离最近的Ca2+核间距离为a×10-8 cm,计算CaF2晶体的密度: g·cm-3(精确到小数点后一位)。
19.(13分)(1)金刚砂(SiC)的硬度为9.5,其晶胞结构如图甲所示,则金刚砂晶体类型为 ;在SiC中,每个C原子周围最近的C原子数目为 ;若晶胞的边长为a pm,则金刚砂的密度表达式为 。
(2)硅的某种单质的晶胞如图乙所示。GaN晶体晶胞结构与该硅晶体相似。则GaN晶体中,每个Ga原子与 个N原子相连,与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间结构为 。若该硅晶体的密度为ρ g·cm-3,阿伏加德罗常数的值为NA,则晶体中最近的两个硅原子之间的距离为 cm(用代数式表示)。
(3)一种Al-Fe合金的晶胞结构如图:
①该合金的化学式为 。
②若晶体的密度为ρ g·cm-3,则该晶胞棱长为 cm(设NA为阿伏加德罗常数的值,用含ρ和NA的代数式表示,不必化简)。
(4)①金属镍的原子堆积方式如图1所示,则金属镍的晶胞俯视图为 (填字母)。
图1
图2
②某砷镍合金的晶胞如图2所示,设阿伏加德罗常数的值为NA,该晶体的密度ρ= g·cm-3。
20.(12分)(2021河北石家庄二中高三下学情检测)利用配合物诱导免疫原性细胞死亡是一种很有前景的癌症免疫治疗策略。近日,中山大学科研团队报道了一例基于铱(Ⅲ)配合物的非小细胞肺癌ICD诱导剂(Ir1),可诱发癌细胞的死亡。回答下列问题:.
(1)铱(Ir)在周期表中的位置为第六周期第九列,其在周期表中位于 族:按电子排布,周期表中的元素划分为5个区,Ir位于 区。
(2)Ir的化合物中常见价态有+3和+4价,其中 价更稳定,原因是 。
(3)IrCl4为有机合成中常用的催化剂,该物质熔点为350 ℃,在熔化时难以发生电离,该固体的晶体类型是 。
(4)非小细胞肺癌ICD诱导剂(Ir1)为带有一个单位正电荷的阳离子,其结构如图所示。该离子中N的杂化方式为 ,1 mol该离子中N原子形成的配位键有 mol。
本章达标检测
1.C 离子晶体中不一定存在共价键,如NaCl晶体中只有离子键,故A错误;共价晶体中只有共价键,故B错误;金属晶体由金属阳离子和自由电子构成,金属晶体中存在离子,但不存在离子键,故C正确;稀有气体为单原子分子,其组成的分子晶体中没有共价键,故D错误。
2.B SO2是分子晶体,SiO2是共价晶体,A不符合题意;CO2和H2O均是分子晶体,均含极性共价键,B符合题意;NaCl是离子晶体,HCl是分子晶体,C不符合题意;CCl4是分子晶体,KCl是离子晶体,D不符合题意。
3.C NaOH属于离子晶体,Ar属于分子晶体,SO2属于分子晶体,故A错误;H2SO4属于分子晶体,石墨属于混合型晶体,S属于分子晶体,故B错误;CH3COONa属于离子晶体,水晶(SiO2)属于共价晶体,属于分子晶体,故C正确;Ba(OH)2属于离子晶体,金刚石属于共价晶体,玻璃属于非晶体,故D错误。
4.B A项涉及物质均为共价晶体,一般来说共价键的键长越短,熔、沸点越高,则熔点:金刚石>二氧化硅>碳化硅>晶体硅,故错误;B项涉及物质均为分子晶体,且不存在氢键,相对分子质量越大,溶、沸点越高,则熔、沸点为CI4>CBr4>CCl4>CH4,故B正确;MgO为离子晶体,其他为分子晶体,分子晶体中相对分子质量越大,沸点越高,但水中含分子间氢键,则熔、沸点:MgO>H2O>O2>N2,故C错误;金刚石为共价晶体,合金的熔点比成分金属的熔点低,则熔、沸点:金刚石>纯铁>生铁>钠,故D错误。
5.B 由晶胞图可知,V位于晶胞顶点和体心,V的个数为1+8×18=2,有4个O位于晶胞面上,2个O位于晶胞内部,则O的个数为4×12+2=4,则该晶体的化学式为VO2,故B正确。
6.B 晶胞中的1个球代表的是1个甲烷分子,并不是1个碳原子,故A错误;与1个甲烷分子紧邻的甲烷分子有3×8×12=12个,故B正确;甲烷是分子晶体,熔化时需克服范德华力,故C错误;甲烷晶胞属于面心立方晶胞,甲烷晶胞中的1个球代表1个甲烷分子,该晶胞含有甲烷分子的个数为8×18+6×12=4,故D错误。
7.C 冰中分子排列有序,含有氢键数目较多,使体积膨胀,密度较小,所以冰能浮在水面上,由于乙醇与水分子间有氢键的存在,水与乙醇能互溶,故A正确;金刚石属于共价晶体,在题给物质中熔点最高,NaF、NaCl属于离子晶体,氟离子半径小于氯离子半径,故NaF的晶格能大于NaCl,则NaF的熔点更高,H2O、H2S都属于分子晶体,水分子之间存在氢键,熔点较高,金刚石、NaF、NaCl、H2O、H2S晶体的熔点依次降低,故B正确;H2O的稳定性与氢键无关,故C错误;CaTiO3晶体中,以顶点 Ti4+研究,与之最近的O2-位于面心上,与Ti4+相邻的O2-的个数为3×8×12=12,故D正确。
8.D 同素异形体是同种元素形成的不同单质,CO2是化合物,故A错误; CO2共价晶体转化为分子晶体,是化学变化,故B错误; CO2的共价晶体和CO2分子晶体的物理性质不同,故C错误; CO2共价晶体具有类似SiO2的结构,因此每一个碳原子周围结合四个氧原子,每一个氧原子周围结合两个碳原子,故D正确。
9.D 根据已知条件,AlF63-占据的位置相当于NaCl晶胞中Cl-占据的位置,则在冰晶石晶胞中,AlF63-的个数为8×18+6×12=4,由冰晶石的化学式可知Na+的个数为AlF63-的3倍,即12,所以冰晶石晶胞中含有Na+12个、Cl-4个、氟原子24个,所含原子总数为40个;NaCl晶胞中含有的Na+为4个,Cl-为4个,所含原子总数为8个,它们的原子个数比为40∶8=5∶1。
10.A 124 g白磷的物质的量为1 mol,一个白磷分子中含有6个P—P键,所以124 g白磷含有的P—P键的个数为6NA,A正确;12 g石墨中含有碳原子的个数为NA,石墨中每个碳原子平均形成32个C—C键,所以12 g石墨中含有的C—C键个数是1.5NA,B错误;12 g金刚石中含有碳原子的个数为NA,金刚石中平均每个碳原子可以形成2个C—C键,所以12 g金刚石中含有的C—C键个数是2NA,C错误;60 g二氧化硅中含有的硅原子个数为NA,每个硅原子与四个氧原子结合形成4个Si—O键,所以60 g二氧化硅中含有的Si—O键的个数为4NA,D错误。
易错辨析
在解题时明确物质的结构,每个白磷分子都是由4个磷原子通过共价键形成的正四面体,1 mol白磷中含有6 mol共价键;石墨是层状结构,每个碳原子与邻近的三个碳原子以共价键相结合,形成六边形平面网状结构;金刚石晶体中,每个碳原子与它紧邻的4个碳原子以共价键相结合,构成一个正四面体结构单元;二氧化硅晶体中每个Si与4个O以共价键结合,形成正四面体结构。11.D 晶体中原子呈周期性有序排列,有自范性,而非晶体中原子排列相对无序,无自范性,故①正确;含有金属阳离子的晶体不一定是离子晶体,可能是金属晶体,故②错误;分子间作用力决定分子晶体的熔、沸点,共价键决定稳定性,故③错误;MgO的晶格能远比NaCl大,这是因为前者离子所带的电荷数多,离子半径小,故④正确;晶胞是晶体结构的基本单元,晶体内部的微粒按一定规律作周期性重复排列,故⑤正确;晶体尽可能采取紧密堆积方式,以使其变得比较稳定,故⑥正确;干冰晶体中,一个CO2分子周围有12个CO2分子紧邻;CsCl晶体中阴、阳离子的配位数都为8,NaCl晶体中阴、阳离子的配位数都为6,故⑦错误;故选D。
12.AC 根据题给信息,超氧化钾晶胞是面心立方晶胞,晶胞中与每个K+距离最近的O2-有6个,故A正确;由晶胞结构可知,位于顶点和面心的钾离子的个数为8×18+6×12=4,位于体心和棱上的超氧根离子的个数为1+12×14=4,故B错误;由晶胞结构可知,位于顶点和面心的钾离子的个数为8×18+6×12=4,位于体心和棱上的超氧根离子的个数为1+14=4,则KO2中钾离子和超氧根离子个数比为4∶4=1∶1,故C正确;超氧化钾晶体是离子化合物,阴、阳离子分别为钾离子和超氧根离子,晶体中钾离子和超氧根离子间形成离子键,超氧根离子中氧氧键为非极性键,故D错误。
13.AB 从“元素X的某价态离子Xn+中所有电子正好充满K、L、M三个能层”可知,Xn+共有28个电子,A项错误;图中Xn+位于每条棱的中点,一个晶胞拥有的Xn+个数为12×14=3,N3-位于顶点,一个晶胞拥有N3-的个数为8×18=1,阳离子与阴离子个数比为3∶1,B项错误;该物质的化学式为X3N,C项正确;Xn+的配位数为2,D项正确。
14.BD 由图(a)可知,钛酸钙的晶胞中Ca2+位于8个顶点、O2-位于6个面心、Ti4+位于体心,根据均摊法可以确定Ca2+、O2-、Ti4+的数目分别为1、3、1,其化学式为CaTiO3,A说法正确;由图(b)可知,A、B、X分别位于晶胞的顶点、体心、面心,根据均摊法可以确定其中有1个A、1个B和3个X,根据晶体呈电中性可以确定,CH3NH3+和Pb2+均为1个,有3个I-,故X为I-,B说法错误;类比NH4+的成键情况可知,CH3NH3+中含有配位健,C说法正确;图(a)的晶胞中,Ca2+位于顶点,与邻近的3个面的面心上的O2-紧邻,每个顶点参与形成8个晶胞,每个面参与形成2个晶胞,因此,与每个Ca2+紧邻的O2-有3×8÷2=12个,D说法错误。
15.D 大球表示镁原子,小球表示硅原子,该晶胞中大球表示的原子数为8,小球表示的原子数为8×18+6×12=4。一个硅原子周围距离最近且相等的镁原子有8个,硅原子的配位数为8,A项正确;紧邻的两个镁原子的距离是晶胞参数的一半,该距离为0.6352 nm,B项正确;紧邻的两个硅原子间的距离是面对角线的一半,该距离为2×0.6352 nm,C项正确;该晶体的密度为4×76(0.635×10-7)3NA g·cm-3,D项错误。
16.答案 (1)①⑤ ②③ ⑧ ②⑦ ④⑥ ④>②>③>⑤>①
(2)氯化铯 氯化钠 二氧化硅 金刚石(或晶体硅)
(3)分子晶体 (4)KFe2(CN)6 1∶1
解析 (1)CO2、CS2中只含有极性键,分子都是直线形分子,正、负电荷重心重合,属于非极性分子;NaCl由钠离子和氯离子构成,Na是由钠离子和“自由电子”构成,都含有金属离子;乙醇分子间能形成氢键;NaCl、(NH4)2SO4都是由阴、阳离子构成的离子晶体;Si、金刚石都是由原子构成的共价晶体;晶体的熔点(一般):共价晶体>离子晶体>金属晶体>分子晶体,Si为共价晶体,CO2和CS2都是分子晶体,对于不能形成分子间氢键的分子晶体,相对分子质量越大熔点越高,熔点由高到低的顺序为④>②>③>⑤>①。
(2)氯化铯晶体中每个Cs+周围与它最近且距离相等的Cs+共有6个,每个Cs+周围与它最近且距离相等的Cl-共有8个,所以A可以是氯化铯的晶胞;氯化钠晶体中距Na+最近的Cl-有6个,B可以是氯化钠的晶胞;根据C的结构可知,C可以是二氧化硅晶体;根据D的结构可知,该晶体是由相同原子之间通过共价键形成的空间网状结构,所以D可以是金刚石或晶体硅。
(3)化合物FeCl3是棕色固体、易潮解、100 ℃左右时升华,它的晶体类型是分子晶体。
(4)每两个立方体中含有一个钾离子,所以一个晶胞中钾离子个数为1÷2=0.5,该立方体中铁原子个数为8×18=1,CN-位于棱上,该立方体中CN-个数为12×14=3,所以平均化学式是K0.5Fe(CN)3,该晶体的化学式为KFe2(CN)6,Fe平均化合价为2.5,所以亚铁离子与铁离子个数之比是1∶1。
17.答案 (1) C>Be>B
(2)自范性
(3)① sp3杂化 ②N
(4)109°28' 正四面体形
(5)正方形 4×(11+31)g·mol-1(458×10-10cm)3×6.02×1023mol-1≈2.9 g·cm-3
解析 (1)硼为5号元素,其基态原子核外电子排布式为1s22s22p1,价电子排布图为 。与硼处于同周期且相邻的两种元素为Be和C,同周期元素从左到右,第一电离能呈增大趋势,但Be的2s轨道处于全充满状态,比较稳定,所以第一电离能大小顺序为B
解析 (1)由图Ⅰ可知F-的配位数为4,晶胞中Ca2+、F-数目之比为1∶2,则与Ca2+最近且等距离的F-的个数为4×2=8;图Ⅲ中未标号的铜原子与所在密置层的4、5、6、7、8、9紧密相邻,与上一密置层的1、2、3紧密相邻,与下一密置层的10、11、12紧密相邻,所以未标号的铜原子形成晶体后周围最紧邻的铜原子数为12。
(2)CaF2属于离子晶体,Cu属于金属晶体,H3BO3属于分子晶体,三种晶体中熔点最低的是H3BO3,H3BO3分子之间存在氢键、范德华力,H3BO3晶体受热熔化时,需要克服氢键、范德华力。
(3)处于面对角线上的相邻Ca2+核间距最近,两个距离最近的Ca2+核间距离为a×10-8 cm,则晶胞棱长=2×a×10-8 cm。晶胞顶点及六个面上的离子为Ca2+,晶胞内部的离子为F-,一个晶胞中实际拥有的离子数:Ca2+为8×18+6×12=4,F-为8,则CaF2晶体的密度为4×786.02×1023g(2×a×10-8cm)3=183.2a3 g·cm-3。
19.答案 (1)共价晶体 12 4×40g·mol-1(a×10-10cm)3×6.02×1023mol-1
(2)4 正四面体 34×3224ρ·NA
(3)①AlFe2或Fe2Al ②3139×4NAρ
(4)①C ②5.36×10323a2cNA
解析 (1)金刚砂(SiC)的硬度为9.5,硬度大,属于共价晶体;每个碳原子连接4个硅原子,每个硅原子连接4个碳原子,由晶胞结构可得每个碳原子周围最近的碳原子数目为12;该晶胞中C原子个数为8×18+6×12=4,Si原子个数为4,晶胞边长为a×10-10 cm,体积V=(a×10-10 cm)3,ρ=mV=4×40g·mol-1(a×10-10cm)3×6.02×1023mol-1。
(2)根据物质的晶体结构可知,在GaN晶体中,每个Ga原子与4个N原子相连,与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间结构为正四面体。在晶体Si的晶胞中含有Si原子的数目是8×18+6×12+4=8,则1个晶胞的体积为28×8NAρ cm3=224ρ·NA cm3,晶胞的边长为3224ρ·NA cm,在晶胞中两个最近的Si原子之间的距离为晶胞体对角线长的14,即34×3224ρ·NA cm。
(3)①由晶胞图示可知,晶胞中含有4个Al原子,且都位于晶胞内部,则每个晶胞含有4个Al原子,晶胞中Fe原子位于顶点的有8个,位于面心的有6个,位于棱心的有12个,位于体心的有1个,每个晶胞含有Fe原子的数目为8×18+6×12+12×14+1=8,Fe与Al原子数目之比为8∶4=2∶1,故该合金的化学式为AlFe2或Fe2Al。②每个晶胞中含有8个Fe原子和4个Al原子,每个晶胞的质量为139×4NA g,晶胞棱长为3139×4NAρ cm。
(4)①根据图1,由金属Ni的堆积方式可知金属镍的晶胞俯视图为C。②由晶胞结构可知,每个晶胞中含有的Ni原子数目=4×112+4×16+2×16+2×13=2,含有2个As原子,1个晶胞的质量为2×59+75NA g,1个晶胞的体积为a×10-10 cm×a×10-10 cm×sin 60°×c×10-10 cm=3a2c2×10-30 cm3,所以晶体的密度ρ=2×59+75NAg3a2c2×10-30cm3=5.36×10323a2cNA g·cm-3。
20.答案 (1)Ⅷ d (2)+4 基态Ir失去4个电子后,5d能级为半满结构,为稳定状态 (3)分子晶体 (4)sp2、sp3 4
解析 (1)铱(Ir)在周期表中的位置为第六周期第九列,Ir位于Ⅷ族,属于d区。
(2)Ir的化合物中常见价态有+3和+4价,其中+4价更稳定,是因为其失去4个电子形成+4价化合物时,价层电子排布为5d5 ,处于d轨道的半充满的稳定状态,因此处于+4价更稳定。
(3)IrCl4为有机合成中常用的催化剂,该物质的熔点为350 ℃,在熔化时难以发生电离,说明IrCl4固体的晶体类型为分子晶体。
(4)通过结构图可知,吡啶环上的N原子采用sp2杂化,其他N原子采用sp3杂化;在该离子中,4个吡啶环上的N原子与Ir原子之间以配位键结合,因此1 mol该离子中N原子形成的配位键有4 mol。
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